基于单片机的视力保护器设计毕业论文.doc

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xxxx学院毕业设计

xxxx学院

毕业设计

题目基于单片机的视力保护器设计

学院　　工学院　　

专业电气工程及其自动化

班级

学生xx

学号

指导教师xxxx

二〇一七年五月十六日

1

xxxx学院毕业设计

摘要

最近几年来，青少年近视出现低龄化趋向。

青少年视力下降主要受以下几个因素的影响：

眼睛距书本过近、长时间用眼、过度使用视屏终端、学习时光线太强或太弱等。

其中光线强弱不适和长时间用眼又是造成青少年视力损伤的重中之重。

本文以STC89C52单片机为中心，围绕其进行硬件电路设计和软件程序设计。

硬件电路有：

报警提示电路、超声波测距电路、光线检测电路、定时电路和显示电路。

软件程序的编写以C语言为主以及利用单片机内部自带的定时器实现具体的功能。

本文给出了系统主要的硬件电路、软件程序流程图、程序设计及部分子程序的流程图、程序设计，并制作了仿真实物，能够达到预期效果。

本文提出了尚需解决的问题，并给出了解决方法，介绍了视力保护器的应用和市场前景，为进一步开发应用提供了技术支持。

关键词：

单片机；传感器；视力保护

ABSTRACT

Inrecentyears,juvenilemyopiayoungeragetrend.Juvenilevisualdeclinemainlybythefollowingfactors:

theeyesfromthebooktooclose,longtimewiththeeye,excessiveuseofthescreenterminal,withtheeyeswhenthelightistoostrongortooweak.Whichlightintensityanddiscomfortandlongtimewiththeeyeiscausedbytheimportanceofadolescentswithvisualimpairment.

Inthispaper,STC89C52microcontrollerasthecenter,arounditshardwarecircuitdesignandsoftwareprogramdesign.Hardwarecircuitsare:

soundandlightalarmcircuit,ultrasonicdistancemeasurementcircuit,lightinductioncircuit,timingcircuitanddisplaycircuit.ThepreparationofsoftwareprogramstoCProgrammingLanguageandtheuseofsingle-chipinternalbuilt-intimertoachievespecificfunctions.Thispapergivesthemainhardwarecircuit,softwareprogramflowchart,programdesignandsomesubroutineflowchart,programdesign,andproducedasimulationofthekind,toachievethedesiredresults.Inthispaper,theproblemsthatneedtobesolvedareputforward,andthesolutionsaregiven.Theapplicationandmarketprospectofvisionprotectionareintroduced,whichprovidestechnicalsupportforfurtherdevelopmentandapplication.

Keywords：

microcontrollertechnology；sensor；protectionofeyesights

目录

摘要 I

ABSTRACT II

1前言 1

1.1选题背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.3设计要求 2

2系统方案选择 3

2.1系统总体设计 3

2.2系统硬件方案设计 3

2.3系统软件方案设计 5

3系统硬件设计 7

3.1主控制模块 7

3.1.1晶振电路 7

3.1.2复位电路 8

3.2超声波检测电路 9

3.2.1超声波发射电路 9

3.2.2超声波接收电路 10

3.3光线检测电路 10

3.4显示电路 11

3.5声光报警提示电路 12

3.6按键电路 13

3.7定时电路 13

4系统软件设计 15

4.1KeilμVision4软件平台 15

4.2主程序设计 15

4.3子程序设计 16

4.3.1光照检测子程序 16

4.3.2超声波测距子程序 17

4.3.3定时子程序 18

4.3.4中断子程序 20

5系统仿真与调试 23

5.1系统仿真 23

5.2PCB设计 23

5.3系统电路实现 25

5.4系统调试 25

6结论 29

参考文献 30

致谢 31

附录A电气原理图 32

附录B电路PCB图 33

附录C实物图 34

附录D元件清单 35

附录E系统源程序 36

-51-

1前言

1.1选题背景与意义

当今社会，青少年近视呈现“低龄化”趋势，这种趋向和平时的学习环境、沉重的作业任务以及学生自律性差，家长监督不及时等方面有很大的关系。

青少年近视眼数量剧增受以下两个方面的影响：

一是近视具有遗传性，比如父母双方都是高度近视，那么他们的孩子发生近视的几率就会比一般的青少年高许多；另一方面主要是长时间使用手机和平板电脑等电子产品，用眼时间过长、用眼姿势不正确等不良的用眼习惯导致的视力问题。

“呵护眼睛，从小做起”，2016年6月6日是我国第21个爱眼日，也是爱眼日第五次围绕“青少年近视防控”这一主题展开。

据资料显示，我国的近视眼发病率位居世界第一，人数已经高达4亿余人，成为世界第一“近视眼大国”。

青少年更是近视患病率的高发人群，根据国家卫计委发布的调查数据发现，刚入学的6~7岁儿童的近视患病率已经接近10%，三、四年级10岁左右儿童近视患病率超过50%，高达90%的大学生是近视，值得注意的是，6~10岁发生近视的青少年，18岁成年前发展成为高度近视眼（高于600度）的风险大大增加，我国20~30岁年轻人中有20%患有高度近视，且近视人群呈逐年递增的趋势，预计到2020年我国全国人口近视发病率将达到50%，其中高度近视人群将达到7000万人，我国近视眼的预防工作已经迫在眉睫[1]。

众所周知近视眼有很大的危害，是一种花再多钱都不能彻底根治的病，无时无刻不再影响着人们的生活和学习。

目前市面上最常见的近视纠正方法是全飞秒近视眼激光手术，虽然能够做到微创、术后恢复快、效果稳定，但手术就存在一定的风险性，如果术后不能长期注意用眼卫生和用眼习惯，近视复发以后有致盲的危险[2]。

中小学生由于学习任务重，自律性差，老师和家长不能时常在旁边做到监督，是近视发病率的高发人群。

由于科学进步和人民生活水平的挺高越来越多的视屏终端进入人们的日常生活，在方便人们生活的同时，也使近视眼的发病率越来越高，日复一日进入恶性循环，使过多的青少年过早的戴上眼镜。

中小学生正处于发育的关键时期，如果因为学习坐姿影响骨骼的发育造成脊柱弯曲变形、含胸驼背等，不仅影响形象，也对以后的升学和就业产生不良的影响，错失很多机会。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

根据市场的调查研究，现在有很多公司开始设计生产自己的视力保护器。

市场上最常见的视力保护器分为机械式和电子式，如：

在网上热卖的“猫太子”防近视坐姿矫正器就是采用机械式，产品夹在桌面上，下巴托抵住下巴防止低头看书写字，抵胸托防止身体靠在桌子上。

但此产品有一定的安全隐患，长期使用有可能造成青少年的颈椎和胸部造成伤害，严重的可能造成眼睛散光。

还有一些技术人员自制一些坐姿矫正器如：

红外测距式坐姿矫正器，这些技术人员制作的电子产品实现功能有一定的局限性，只能进行坐姿的矫正而不能从源头上真正的保护视力。

研究表明，市场上现有的视力保护器大多功能单一，外观单调，不能多方面、多功能的保护青少年的视力，不能满足现代人们对简约与自我需要的要求。

1.2.2国外研究现状

国外的视力保护器主要以电子式为主，根据原理可以分为电子平衡式视力保护器（例如：

电子平衡式瞌睡报警器）和测距式视力保护器（例如：

VISOMATE威士美）。

进一步调查发现，国外市场上真正的多功能视力保护器其实并没有很多，大多数产品都只是侧重某一个方面来进行视力保护，功能单一并不能从多个方面去保护视力，有些产品甚至对使用的环境和人群也存在着局限性。

美国伟伦公司生产的视力保护器，能够自动检测出屈光度问题，包括近视、远视、散光等问题。

综上所述：

为了避免因坐姿错误而引起的脊柱扭曲、驼背、近视、颈椎病等问题，有必要设计一款多功能视力保护器，从而纠正人们尤其是青少年的坐姿、用眼习惯和学习习惯。

1.3设计要求

本设计以单片机为主控制器，辅以光线检测模块、距离检测模块、报警提示模块、定时模块、显示模块。

光线检测模块由光敏电阻和ADC0832来实现，距离检测模块采用HC-SR04超声波传感器和报警提示电路，定时模块利用单片机自带的定时器进行学习定时，显示模块使用LCD1602液晶显示屏，显示学生头部与桌面的距离、连续学习的时间、光线强度等信息，报警提示模块通过蜂鸣器和LED灯来提醒学生用眼习惯是否符合国家卫计委的规定。

本系统主要实现以下几个功能：

（1）检测距离，当头部到桌面的距离小于30CM时，产品发出报警，提示青少年纠正坐姿，注意保护视力；

（2）检测光线强度，当使用环境过暗或过亮时，产品发出报警，提示青少年改变环境光线亮度，注意保护视力；

（3）定时模块，当连续使用45分钟时，产品发出报警，提示青少年注意休息，适当的走走，眺望远处，注意保护视力。

2系统方案选择

2.1系统总体设计

本文设计的视力保护器要从多方面保护视力，以解决现有视力保护器功能过于单一的问题，本系统以STC89C52为主要控制单元，具有三个功能：

检测光线强度、检测头部与书本的距离、学习时间计时，任意数据不符合设定值时，报警电路提示青少年注意用眼习惯。

系统主要的硬件电路有超声波检测电路、光线检测电路、报警提示电路、显示电路、按键电路等。

系统的总体设计框图如图2.1所示。

STC89C52主控模块

光线强度检测模块

报警提示模块

显示模块

电源模块

按键模块

距离检测模块

图2.1系统总体设计框图